水的激發(fā)態(tài)性質(zhì)與動力學(xué)的多體格林函數(shù)理論研究中文摘要

在紫外線輻照下，不同結(jié)構(gòu)的水（包括水分子團(tuán)簇、液態(tài)水、冰）中水分子的光解是自然界重要的光化學(xué)過程，其中還有很多懸而未決的問題。本申請擬利用我們開發(fā)的多體格林函數(shù)理論激發(fā)態(tài)動力學(xué)模擬程序研究不同結(jié)構(gòu)的水在激發(fā)態(tài)的性質(zhì)和動力學(xué)過程，以增進(jìn)對水光解機(jī)制的理解。這方面的研究包含兩部分，（1）不同尺寸和構(gòu)型的水分子團(tuán)簇中水分子在不同波長紫外線輻照下的光解過程；（2）液態(tài)水和冰的光吸收譜與激子性質(zhì)，液態(tài)水和冰中的缺陷與表面對激發(fā)態(tài)的影響，以揭示液態(tài)水和冰的光吸收譜中Urbach tail的來源及其對光解的貢獻(xiàn)。在計算激發(fā)態(tài)作用力時，我們目前的程序采用了有限差分法。為了進(jìn)一步提高計算精度和效率，在該項目中，我們也將發(fā)展一種在多體格林函數(shù)理論框架內(nèi)解析計算激發(fā)態(tài)作用力的新方法，該方法將采用在coupled perturbed Hartree-Fock理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的Z-vector方法。

本項目的主要工作是利用多體格林函數(shù)理論（包括GW方法和Bethe-Salpeter方程），通過對凝聚相水和水團(tuán)簇激發(fā)態(tài)性質(zhì)與激發(fā)態(tài)動力學(xué)的研究，探討水光解的機(jī)理，為發(fā)展高效的光解水催化劑提供有價值的理論信息。該項目也擬在多體格林函數(shù)理論框架內(nèi)發(fā)展新的激發(fā)態(tài)作用力計算方法和計算程序，用以發(fā)展新的激發(fā)態(tài)動力學(xué)理論研究工具。 該項目主要從以下幾方面開展了研究： （1）將基于coupled perturbed Hartree-Fock理論的Z-vector方法與多體格林函數(shù)理論相結(jié)合，推導(dǎo)出了在多體格林函數(shù)理論框架內(nèi)解析計算激發(fā)態(tài)作用力的新方法，并開發(fā)了計算程序。 （2）通過對固相冰的研究，發(fā)現(xiàn)凝聚相水的Urbach光吸收尾巴來源于氫氧根離子和水自電離過程中的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)，凝聚相水在吸收峰附近紫外光照射下的光解是一個無勢壘過程，涉及質(zhì)子與電子的協(xié)同傳輸。 （3）在對水團(tuán)簇的研究中，發(fā)現(xiàn)光吸收峰能量與每個水分子的平均氫鍵數(shù)目密切相關(guān)；發(fā)現(xiàn)高能量的離域化激子與低能量的高度局域化激子共存，而后者則是發(fā)生光解的可能位置。 （4）對TiO2和二維C3N4這兩種重要的光解水催化劑與水溶液界面處的電子結(jié)構(gòu)和激子性質(zhì)開展了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)界面電場對水溶液中基團(tuán)的能級和捕獲光生空穴的能力具有重要影響。發(fā)現(xiàn)了水在這兩種催化劑表面光解過程中幾個重要中間態(tài)、激發(fā)態(tài)之間以及激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的非絕熱躍遷現(xiàn)象、以及影響水光解效率的重要因素。 （5）發(fā)展自洽的GW計算方法和程序?qū)iO2中缺陷和雜質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)開展了系統(tǒng)研究，圓滿解釋了實驗現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了陰離子雜質(zhì)在TiO2中新的成鍵規(guī)則，并發(fā)現(xiàn)了目前廣泛使用的DFT U和雜化泛函方法在研究這類體系中的重要不足。 （6）在該項目的資助下，還在多體格林函數(shù)理論框架內(nèi)發(fā)展了計算激子能量傳遞速率的新理論方法和計算程序，并藉此研究了光合作用體系中類胡蘿卜素與葉綠素之間、碳納米管周期性體系之間的能量傳遞機(jī)制。 在該項目的資助下，發(fā)表SCI論文20余篇，獲得2017年度山東省自然科學(xué)一等獎。

《MSC Adams多體動力學(xué)仿真基礎(chǔ)與實例解析》以Adams2012版本為基礎(chǔ)，從剛體建模到柔體建模，約束添加，如包括各種常用鉸接、驅(qū)動、力元、接觸與摩擦等，對不同仿真控制方式和不同分析計算類型，以及相關(guān)求解器都做了相關(guān)說明，還對傳感器的應(yīng)用，用戶自定義界面和宏操作，參數(shù)化設(shè)計，試驗設(shè)計和優(yōu)化計算進(jìn)行講解。另外，對一些專門應(yīng)用模塊工具也進(jìn)行了介紹，如齒輪模塊、履帶模塊、控制模塊和振動仿真分析模塊，尤其是控制模塊還可以和其他軟件如MATLAB和Easy5進(jìn)行控制和液壓的聯(lián)合仿真，實現(xiàn)真正意義上的機(jī)電液一體化仿真。所附光盤中包括書中實例的模型文件及Adams學(xué)生版軟件。

研究磁流體運(yùn)動性質(zhì)的科學(xué)，又稱流體磁學(xué) (hydromagnetics) 或 磁氣動力學(xué) ( magnetogas dynamics)。動力學(xué)的分支，電動力學(xué)和流體動力學(xué)的交叉學(xué)科。研究對象是與磁場相互作用的流體運(yùn)動。

磁流體動力學(xué)的主要研究內(nèi)容：①液態(tài)金屬的運(yùn)動性質(zhì);②電離氣體或等離子體流動性的理論研究及應(yīng)用研究。包括受控?zé)岷朔磻?yīng)、超聲飛行條件的模擬、對外空間推進(jìn)的離子動力、重返大氣層的空間飛 行器的制動、高能粒子加速器、微波發(fā)生器、熱離子 能量轉(zhuǎn)換裝置、薄金屬敷層的應(yīng)用以及宇宙和上層大 氣現(xiàn)象的研究等。